JP3627912B2 - 関節モジュール - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、連結して多関節構造のマニピュレータを構成する関節モジュールに関する。
【0002】
【従来の技術】
固定側リンクと、前記固定側リンクに取り付けられた回転駆動機構と、前記固定側リンクに回転自在に取り付けられるとともに前記回転駆動機構で回転駆動される回転側リンクからなる関節モジュールを複数個連結して多関節ロボットを構成することが知られている。例えば、特開平09−029671号公報には図7に示すような関節モジュールが開示されている。図において、61は固定側リンクであり、関節部62を介して回転側リンク63を回転自在に支持するともに、内蔵された減速機付きモータ64で回転側リンク63を駆動するものである。また、固定側リンク61の端部には機械的ガイド65a、結合機構66aおよび電気的接続コネクタ67aが設けられている。回転側リンク63の端部にも、機械的ガイド65b、結合機構66bおよび電気的接続コネクタ67bが設けられている。機械的ガイド65aと65b、結合機構66aと66b、電気的接続コネクタ67aと67aは互いに嵌合する構造になっている。
このような関節モジュールはそれぞれ関節毎に独立した駆動機構を備え、分離結合が容易であるので、関節モジュールを複数連結することによって、所望の多関節マニピュレータを自在に構成することができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の関節モジュールにおいては、減速機付きモータを固定側リンクに内蔵していたので、関節モジュールのリンク部が長くなるという問題があった。また、関節モジュールの結合部がリンクの端部に限定されているので、連結時の関節形態が関節モジュール自身の構造によって定まってしまい、構成するロボットの軸構成も限定されてしまうという問題があった。
さらに、減速機付きモータの動力を関節部に伝えるための伝達機構が複雑になるという問題もあった。
そこで、本発明は駆動機構を関節モジュールの関節部に組み込んだ関節モジュールを提供することを目的とする。
また、他の関節モジュールと結合するための結合部を複数個備えた関節モジュールを提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明は次のように構成したものである。
請求項1の発明は、固定側リンクと、前記固定側リンクに取り付けられた回転駆動機構と、前記固定側リンクに回転自在に取り付けられるとともに前記回転駆動機構で回転駆動される回転側リンクからなる関節モジュールにおいて、前記回転側リンクはコ字状フレームを備え、前記固定側リンクは前記コ字状フレームの内側にあって前記コ字状フレームを、負荷側および反負荷側のベアリングを介して両持ちで回転支持し、前記固定側リンクの外殻を前記回転駆動機構のハウジングと一体に構成し、かつ、前記回転駆動機構の回転軸の負荷側を、回転駆動機構内部のベアリングで支持することなく前記コ字状フレームに直接固定したものである。
請求項2の発明は、前記固定側リンクと前記回転側リンクに関節モジュールを相互に結合する結合部を備えるとともに、前記回転側リンクの側面にタップ穴を設けて、前記固定側リンクまたは前記回転側リンクに追加の結合部を取り付けるための座を構成したものである。
請求項3の発明は、前記固定側リンクまたは前記回転側リンクに関節モジュールを相互に結合する結合部を複数個備えたものである。
請求項4の発明は、前記結合部に電気信号を伝達するコネクタを備えたものである。
【0005】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
図1は本発明の第1の実施例を示す関節モジュールの断面図である。
図において、1は駆動機構を内蔵する固定側リンクであり、2は固定側リンク1に対して回転する回転側リンクである。
11は固定側リンク1 のフレームである。フレーム11は円筒形のケースであり、その両端にはブラケット12,13が取り付けられて、固定側リンク11の外殻を形成している。14はモータの固定子であり、フレーム11の内側に固定されている。15はモータの回転子であり、その反負荷側の端部でブラケット12にベアリング16を介して回転自在に支持されている。つまり、フレーム11およびブラケット12,13はモータのハウジングとしても機能している。
このように、固定側リンク1の外殻とモータのハウジング構造を共有化したのは、部品点数を低減し、関節モジュールを小型化するためである。ここでは、回転駆動機構の例としてモータを直結する機構を選んだが、減速機付きモータであってもよいし、他の回転アクチュエータであってもよい。またフレーム11の内部に例えばモータの回転角度を検出するためのエンコーダのようなセンサを組み込めることは言うまでもない。
回転側リンク2は、部材21、部材22および部材23をコ字状に組み合わせたフレームである。部材21は固定側リンク1のブラケット13にベアリング24を介して回転自在に支持されている。また部材23は固定側リンク1のブラケット12にベアリング25を介して回転自在に支持されている。このように、回転側リンク2はコ字状フレームを備えるとともに、固定側リンク1に両持ちで支持されている。
このような両側支持構造にしたのは、関節を回転モーメントに対して強固なものとするためである。
モータの回転子15は負荷側の端部で部材21に直接固定され、回転側リンク2を回転駆動している。一般的なモータでは回転子は反負荷側と負荷側の両方のブラケットで回転支持されているが、本発明の関節モジュールのモータの回転子15は負荷側のブラケット13に直接支持されず、部材21を介してベアリング24でブラケット13に回転支持されている。つまり、回転駆動機構の回転軸を前記コ字状フレームに直接固定する事により、回転軸を負荷側で回転支持するベアリングを省いている訳である。
このような構造を取ったのは、回転駆動機構の回転軸の支持構造と回転側リンクの支持構造を共有化することで、部品点数を低減し、関節モジュールを小型化するためである。
【0006】
図2は本発明の第2の実施例を示す関節モジュールの外形図であり、(a)は平面図、(b)は正面図、(c)は側面図である。
図2において、3は関節モジュールである。関節モジュール3の内部の構造は前記の第1の実施例と同一である。31は関節モジュール3の固定側リンク1にに取り付けられた突起である。32は回転側リンク2に設けられた切り欠きである。突起31と切り欠き32は互いに嵌合するような寸法と形状に整えられ、突起31には通し穴33が、切り欠き32にはタップ穴34が穿たれている。また回転側リンク2の側面には別のタップ穴35が穿たれている。
【0007】
図3は関節モジュールを上下に結合した状態を示す説明図である。図3において、3aおよび3bは前述した関節モジュール3と同形の関節モジュールであり、関節モジュール3aの上に関節モジュール3bを結合している。関節モジュール3aの切り欠き32に関節モジュール3bの突起31を嵌合させ、ネジ36を突起31の通し穴33を通して切り欠き32のタップ穴34にねじこんで締め上げている。つまり、突起31と切り欠き34は関節モジュール3を互いに位置決めして結合する結合部としての機能を果たしている。
【0008】
図4は関節モジュール3bを関節モジュール3aの側面に結合した状態を示す図である。図4において、41はアダプタであり、関節モジュール3aの回転側リンク2の側面にタップ穴35とネジ42を利用して固定されている。アダプタ41には切り欠き34と同形の切り欠き43が設けられている。関節モジュール3bは突起31を切り欠き43に嵌合させてネジ36で締め上げて固定されている。つまり、アダプタ41は関節モジュール3bを関節モジュール3aの側面に結合するための追加の結合部として機能している。またタップ穴35が穿たれた関節モジュール3aの回転側リンク2の側面は、追加の結合部を取り付けるための座として機能する。また、関節モジュールを相互に結合するための追加の結合部は、座を介して着脱自在に取り付けられる物に限られる訳ではなく、固定側リンク1および回転側リンク2に直接形成される物であっても良い。つまり、固定側リンク1または回転側リンク2に複数の結合部を備えていても良い。
【0009】
図5は関節モジュール3bを関節モジュール3aの上にアダプタを介して結合した状態を示す図である。
図5において、44はアダプタであり、その下端に突起45と、その上端に切り欠き46を備えている。アダプタ44は突起45を関節モジュール3aの切り欠き34に嵌合させて、関節モジュール3aに固定されている。関節モジュール3bは突起31をアダプタ44の切り欠き46に嵌合させて、ネジ36で固定されている。突起45と切り欠き46はその方向を90度変えて取付けられているので、関節モジュール3aの回転軸と関節モジュール3bの回転軸は90度向きが異なるねじれの位置になっている。アダプタ41およびアダプタ44の形状および寸法は、必要に応じて様々に設計可能なので、関節間の長さや関節モジュールを連結する向きを変更することができ、関節モジュールによって構成するマニピュレータの関節構造の多様性を図ることができる。
【0010】
図6は本発明の第3の実施例を示す関節モジュールの外形図であり、(a)は平面図、(b)は正面図、(c)は側面図である。
図6において、51は関節モジュール3の回転側リンク2に取り付けられた電気信号の接続用の雄コネクタであり、52は固定側リンク1に取り付けられた雌コネクタである。雄コネクタ51と雌コネクタ52の間は信号線53で接続されている。関節モジュール3相互を機械的に結合すると、これらのコネクタが嵌合して信号線を接続するので、隣接する関節モジュール間で信号が伝達される構造になっている。この信号線は、関節モジュールで構成したマニピュレータの先端に設置するセンサや効果器の電気信号線として利用することが可能で、また、必要に応じて、固定側リンクの雌コネクタ52に信号処理回路を内蔵し、関節モジュールの駆動機構などの信号を送受信する構成にすることも可能である。この実施の形態によれば、電気信号線を関節モジュールの機構内部で接続することができ、モジュールの機構外部に引き出す信号ケーブル線を削減し、従って、構成するマニピュレータの外部に這わせる信号ケーブルを削減することが可能となる。
【0011】
【発明の効果】
以上述べたように、請求項1に記載の発明は、回転側リンクを固定側リンクで両持ち支持するので、回転モーメントに対して強固な支持構造をもつ関節モジュールが得られるという効果がある。
また、固定側リンクの外殻とモータのハウジング構造を共有化することで、部品点数を低減し、関節モジュールを小型にできるという効果がある。
また、駆動機構の出力軸の負荷側の支持ベアリングと回転側リンクの支持ベアリングが共通なので、関節モジュールの部品点数を低減し、関節モジュールを小型にできるという効果がある。
また、請求項2に記載の発明は、関節モジュールを相互に結合する結合部を複数個設けているので、関節モジュールによって構成するマニピュレータの関節構造の多様性を図ることができるという効果がある。
また、請求項3に記載の発明は、電気信号を伝達するコネクタを関節モジュールの結合に設けているので、関節モジュールを機械的に結合すると同時に電気的接続が完了するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す関節モジュールの断面図である。
【図2】本発明の第2の実施例を示す関節モジュールの外形図であり、
(a)は平面図、(b)は正面図、(c)は側面図である。
【図3】図2に示す関節モジュールを上下に結合した状態を示す説明図である。
【図4】図2に示す関節モジュールの側面に別の関節モジュールを結合した状態を示す説明図である。
【図5】図2に示す関節モジュールをアダプタを介して上下に結合した状態を示す説明図である。
【図6】本発明の第3の実施例を示す関節モジュールの外形図であり、
(a)は平面図、(b)は正面図、(c)は側面図である。
【図7】従来の関節モジュールの例を示す斜視図である。
【符号の説明】
1:固定側リンク
11:フレーム 12:ブラケット 13:ブラケット 14:固定子
15:回転子 16:ベアリング
2:回転側リンク
21,22,23:部材 24,25:ベアリング
3,3a,3b:関節モジュール
31:突起 32:切り欠き 33:通し穴 34,35:タップ穴
36:ネジ
41:アダプタ 42:ネジ 43:切り欠き 44:アダプタ 45:突起
46:切り欠き
51:雄コネクタ 52:雌コネクタ 53:信号線
61:固定側リンク 62:関節部 63:回転側リンク
64:減速機付モータ 65a,65b:機械的ガイド
66a,66b:結合機構 67a,67b:電気的接続コネクタ
Claims (4)
- 固定側リンクと、前記固定側リンクに取り付けられた回転駆動機構と、前記固定側リンクに回転自在に取り付けられるとともに前記回転駆動機構で回転駆動される回転側リンクからなる関節モジュールにおいて、
前記回転側リンクはコ字状フレームを備え、
前記固定側リンクは前記コ字状フレームの内側にあって前記コ字状フレームを、負荷側および反負荷側のベアリングを介して両持ちで回転支持し、
前記固定側リンクの外殻を前記回転駆動機構のハウジングと一体に構成し、
かつ、前記回転駆動機構の回転軸の負荷側を、回転駆動機構内部のベアリングで支持することなく前記コ字状フレームに直接固定したことを特徴とする関節モジュール。 - 前記固定側リンクと前記回転側リンクに関節モジュールを相互に結合する結合部を備えるとともに、
前記回転側リンクの側面にタップ穴を設けて、前記固定側リンクまたは前記回転側リンクに追加の結合部を取り付けるための座を構成したことを特徴とする請求項1に記載の関節モジュール。 - 前記固定側リンクまたは前記回転側リンクに関節モジュールを相互に結合する結合部を複数個備えたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の関節モジュール。
- 前記結合部に電気信号を伝達するコネクタを備えたことを特徴とする請求項2または請求項3に記載の関節モジュール。
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